上跨既有隧道的長大基坑間隔豎井施工技術(shù)

李曉東 , 劉效成(.南京地鐵建設(shè)有限責任公司，江蘇南京 009； .西南交通大學，四川成都 6003)

上跨既有隧道的長大基坑間隔豎井施工技術(shù)

李曉東1, 劉效成2
(1.南京地鐵建設(shè)有限責任公司，江蘇南京 210019； 2.西南交通大學，四川成都 610031)

文章結(jié)合深圳雙界河路公路隧道同時上跨深圳地鐵1號線、5號線和11號線的工程實例，綜合采用工程類比、現(xiàn)場監(jiān)測和現(xiàn)場試驗的方法，對長大基坑的間隔豎井法施工技術(shù)進行了初步探討，結(jié)果表明間隔豎井法施工技術(shù)較傳統(tǒng)施工方法更能有效控制下臥隧道的上浮變形。

隧道工程；基坑開挖；近接施工；上浮變形

近年來，我國地鐵建設(shè)快速發(fā)展，地鐵網(wǎng)絡(luò)不斷擴大且日趨密集，很難完全避免隧道近接施工的情況出現(xiàn)。上方基坑開挖卸荷會引起已建下臥隧道變形，如何控制上方基坑開挖卸荷過程中下臥地鐵隧道的上浮和變形是目前亟待解決的難題。以往學者開展過相關(guān)問題的研究工作。例如，鄭剛等[1]以天津地鐵1號線某基坑工程為背景，結(jié)合實測數(shù)據(jù)，采用數(shù)值分析對隧道箱體兩側(cè)土體加固、澆筑底板與抗浮樁形成“保護箍”以及堆載回壓等措施進行了研究，驗證了以上保護措施的有效性。李志高等[2]結(jié)合實際工程，分析了基坑開挖對下臥地鐵隧道的影響，提出了加固隧道上側(cè)土體、利用樁的遮攔效應(yīng)且考慮時空效應(yīng)的基坑開挖方法，同時結(jié)合信息化施工來減少下臥隧道的上浮和變形。應(yīng)宏偉等[3]結(jié)合典型算例，詳細比較了軟土深基坑考慮分段施工與不考慮分段施工時，基坑支護結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)的受力及變形的變化，驗證了采取分段施工可以有效控制軟土地基上深基坑變形。魏綱等[4]采用有限元方法，對某過街隧道基坑工程開挖進行二維有限元模擬，研究了分層開挖、堆載、抗拔樁和土體加固對隧道位移的影響，得出了組合使用上述措施可以有效控制隧道變形。從以上文獻可以看出，為保護下臥地鐵隧道，在基坑開挖過程中大多采用了土體加固、分層分塊開挖、施做抗拔樁、堆載回填等措施。

1 工程概況

深圳雙界河路公路隧道采用明挖法施工，同時近似垂直上跨深圳地鐵1號線、5號線和11號線，其中公路隧道距地鐵1、5、11號線最小間距分別為0.43 m、4.86 m、3.25 m(圖1)。公路隧道施工期間地鐵1號、5號線已投入運營，11號線已竣工，本段工程施工重點就是盡量減少對地鐵線路的不利影響。

該地段原始地貌為濱海灘涂，后進行過人工填海造地。2008年開始地鐵大面積施工，該區(qū)域土方挖填量較大，標高變化大且無規(guī)律，后經(jīng)多次無序填筑，地表以人工填土為主，大部分區(qū)域較平整。地鐵1號、5號線隧道埋深約5.2 m，11號線隧道埋深介于8.9～9.2 m之間。

結(jié)合本工程施工實例，綜合采用工程類比、現(xiàn)場監(jiān)測和現(xiàn)場試驗的方法，對長大基坑的間隔豎井法施工技術(shù)進行了初步探討。

(a)隧道與道路相互關(guān)系平面

(b)公路道路與地鐵11號線豎向剖面圖1 深圳雙界河路公路隧道和已建地鐵線的關(guān)系

2 施工方法優(yōu)選

為控制上方公路隧道施工引起的下臥地鐵隧道變形，根據(jù)以往經(jīng)驗，最初采用了地基加固和施做抗拔樁相結(jié)合的方法以約束下臥隧道的變形。基坑開挖采用分區(qū)、分層臺階遞進式開挖方法，每一區(qū)開挖至坑底時立即施作該區(qū)抗拔樁冠梁、連梁及抗隆起板。然而，前期采用這一方法施工過程中，地鐵11號線左線隧道累計上浮最大達16 mm，大大超過警戒值10 mm。后經(jīng)降水和覆土反壓等措施才臨時控制隧道上浮。

通過現(xiàn)場情況調(diào)查和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對施工方法進行了優(yōu)化，最終采用了間隔豎井開挖方法，有效的控制了下臥地鐵隧道的上浮變形。具體施工流程如下：

(1) 分塊施工抗拔樁和地基加固注漿鋼管樁，抗拔樁沿地鐵隧道兩側(cè)設(shè)置。

(2) 對地下道路1號、2號匝道范圍沿豎井邊開挖輪廓線1 m施工雙管旋噴樁，保證豎井及放坡開挖安全。

(3) 間隔開挖豎井。地鐵11號線左右線各分為7個豎井，施工時先開挖左線，后開挖右線。左右線開挖各分為3個階段，左線豎井開挖順序為：第一階段11-1、11-5，第二階段11-3、11-7、第三階段11-2、11-4、11-6；右線豎井開挖順序為：第一階段11-8、11-12，第二階段11-10、11-14，第三階段11-9、11-11、11-13。豎井平面布置見圖2，豎井施工現(xiàn)場見圖3。

圖2 11號線豎井平面布置

圖3 11號線豎井施工現(xiàn)場

(4) 施工井身。進行井身初期支護，開挖到底后，及時施做抗拔樁連梁和抗浮板，待其強度達到設(shè)計要求后進行下一區(qū)段豎井開挖。

(5) 豎井間隔全部施工完后，對豎井中間基坑沿地鐵隧道橫向放坡分臺階進行開挖。土方開挖也按照先開挖左線，再開挖右線的順序施工，每條線土方開挖分3個階段，具體開挖順序同豎井施工順序。

(6) 放坡開挖到底后，施做抗拔樁連梁和抗浮板，使其與豎井內(nèi)抗浮板形成整體。

施工中進行了下臥地鐵隧道的變形進行了監(jiān)測，數(shù)據(jù)表明，在采取間隔豎井方法開挖后，地鐵11號線最大上浮發(fā)生在左線隧道，變形為8.4 mm，較前期采用的傳統(tǒng)施工方法減少了47.5 %，且小于警戒值(10 mm)。

3 間隔豎井開挖方法的作用機理分析

抗拔樁摩擦阻力會對一定范圍內(nèi)的基底隆起有一定的限制作用，當抗浮樁與抗浮板形成有效連接后，相當于在既有隧道周圍形成一道 “保護箍”，可適當限制隧道的變形。

未開挖土體的自身強度和質(zhì)量相當于在基坑開挖后對坑底進行堆載以防止坑底的隆起，在未開挖土體總質(zhì)量不變的情況下，堆載越平均地分布在坑底對限制其隆起越有利，基底的隆起量隨著開挖面積的減小而減小[5]。本工程采用間隔豎井施工方法，每次開挖面積小，且未開挖土體分布均勻，所以能有效降低下臥隧道產(chǎn)生的上浮變形。在豎井開挖到底后施做抗拔樁連梁與抗浮板形成的“保護箍”與后期放坡開挖后施做的抗浮板形成一個整體以控制隧道變形，結(jié)合間隔豎井分塊小面積開挖的時空效應(yīng)和堆載作用，施工方法取得了良好的控制下臥隧道上浮變形的效果。

4 結(jié)論

通過本研究可得出如下結(jié)論：

(1)基坑近距離上跨地鐵區(qū)間隧道采用間隔豎井開挖，可以有效控制地鐵隧道的上浮變形值；

(2)在基坑施工過程中，應(yīng)充分利用空間效應(yīng)的作用，針對具體的工程情況制定合理的開挖方案，減小基坑開挖對下臥隧道的影響。

[1] 鄭剛, 劉慶晨, 鄧旭.基坑開挖對下臥運營地鐵隧道影響的數(shù)值分析與變形控制研究[J].巖土力學, 2013, 34(5): 1459-1468.

[2] 李志高, 劉國彬, 曾遠, 等.基坑開挖引起下方隧道的變形控制[J].地下空間與工程學報, 2006, 2(3): 430-433.

[3] 應(yīng)宏偉, 郭躍.軟土深基坑分段施工效應(yīng)三維有限元分析[J].巖石力學與工程學報, 2009, 27(增2): 3328-3334.

[4] 魏綱, 蔡呂路, 陳杰, 等.不同的基坑開挖措施對既有隧道影響的研究[J].市政技術(shù), 2014, 32(6): 122-125.

[5] 楊麗春, 龐宇斌, 李慎剛.超長基坑開挖的空間效應(yīng)[J].吉林大學學報:地球科學版, 2015, 45(2): 541-545.

李曉東(1981～)，男，本科，高級工程師，從事地下工程項目建設(shè)和管理工作。

TU94+1

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[定稿日期]2016-08-15